JP2019173649A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の熱害対策を講じたうえで着火前における燃料の気化促進を従来よりも向上させる。【解決手段】給気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンのクランク角に基づいて内部ＥＧＲを実現するように吸気バルブ、排気バルブ及び燃料噴射弁を少なくとも制御するエンジン制御装置であって、給気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングを第1の運転状態である基準運転状態に比べて遅延させ、かつ、排気バルブの閉弁タイミングを基準運転状態に比べて早め、排気行程終了後に初めてピストンが下死点を通過したのち上昇を始めてから吸気バルブが閉弁し開弁するまでの期間において燃料噴射弁に燃料を噴射させる。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン制御装置に関する。

下記特許文献１には、同一気筒に対して設けられた複数の吸気ポートと、内燃機関の排気行程毎に、複数の吸気ポートのうちの少なくとも１つを除く何れかの吸気ポートに排気ガスを再循環させ、その排気行程から少なくとも１サイクルを隔てた排気行程の後の吸気行程において、再循環させた排気ガスを気筒内に供給する排気ガス供給手段とを備える内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置は、内部ＥＧＲ技術を利用したものであり、吸気バルブの高温化とノッキングの抑制との両立を目的とするものである。

特開２０１２−０５７５２７号公報

ところで、上記背景技術では、吸気バルブの高温化は実現できるものの、吸気ポート内に配置される燃料噴射弁が高温の排気ガスに曝されることから燃料噴射弁の熱害対策の面では課題が残る。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁の熱害対策を講じたうえで着火前における燃料の気化促進を従来よりも向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、エンジン制御装置に係る第１の解決手段として、給気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンのクランク角に基づいて内部ＥＧＲを実現するように吸気バルブ、排気バルブ及び前記燃料噴射弁を少なくとも制御するエンジン制御装置であって、前記給気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングを第１の運転状態である基準運転状態に比べて遅延させ、かつ、前記排気バルブの閉弁タイミングを前記基準運転状態に比べて早め、排気行程終了後に初めてピストンが下死点を通過したのち上昇を始めてから前記吸気バルブが閉弁し開弁するまでの期間において前記燃料噴射弁に燃料を噴射させる、という手段を採用する。

本発明では、エンジン制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、排気行程終了後に初めて前記ピストンが下死点を通過したのち上昇を始めてから前記吸気バルブの閉弁するまでの期間に少なくとも一度だけ前記燃料噴射弁に燃料を噴射させる、という手段を採用する。

本発明では、エンジン制御装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記エンジンは、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する第２の燃料噴射弁を備え、排気行程終了後に初めてピストンが下死点を通過したのち前記吸気バルブが閉弁してから前記ピストンが上死点に達するまでの間に第２の燃料噴射弁に燃料を噴射させる、という手段を採用する。

本発明によれば、燃料噴射弁の熱害対策を講じたうえで着火前における燃料の気化促進を従来よりも向上させることが可能である。

本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置Ａ及び制御対象であるエンジンＥの要部構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置Ａの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置Ａの動作を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るエンジン制御装置Ａは、図１に示すエンジンＥを制御対象とする。このエンジンＥについて先に説明すると、当該エンジンＥは、４ストロークのガソリンエンジンであり、シリンダ１、ピストン２、点火プラグ３、吸気管４、排気管５、吸気バルブ６、排気バルブ７、主燃料噴射弁８及び副燃料噴射弁９を備えている。

シリンダ１は、円筒状の内部空間を有する金属部材であり、ピストン２を上下動自在に収容する。シリンダ１において、図１における上側は、シリンダヘッド１ａであり、点火プラグ３、吸気管４、排気管５、吸気バルブ６及び排気バルブ７が設けられている。ピストン２は、上記内部空間に摺動自在に収容されており、当該内部空間内を円筒形状の軸心方向に往復動する円筒状部材である。図１におけるピストン２の下側には、クランク軸（図示略）に連接されるクランクシャフト（図示略）が接続されている。上記内部空間においてシリンダヘッド１ａとピストン２とによって挟まれた空間は、燃料が燃焼する燃焼室Ｂである。

点火プラグ３は、先端が燃焼室Ｂに露出するようにシリンダヘッド１ａに設けられており、放電することによって燃焼室Ｂ内の燃料に点火する。このような点火プラグ３の放電（点火）は、エンジン制御装置Ａによって制御される。吸気管４は、シリンダヘッド１ａに設けられた管であり、一端が燃焼室Ｂに開口し、他端が大気に連通している。この吸気管４は、燃料噴射弁８から噴射された燃料と大気から取り込んだ空気（燃焼用空気）を吸気ポートから燃焼室Ｂに供給する。

排気管５は、上記吸気管４と同様にシリンダヘッド１ａに設けられた管であり、一端が燃焼室Ｂに開口し、他端が大気に連通している。この排気管５は、燃焼室Ｂで発生した燃焼ガス（排気ガス）を排気ポートから大気に排気する。なお、燃焼室Ｂにおいて、吸気管４の一端が接続する部位は吸気ポートであり、また排気管５の一端が接続する部位は排気ポートである。

また、図１には示していないが、上記吸気管４の途中部位には、燃焼用空気の流量を流量を調節するスロットルバルブ等が設けられている。また、排気管５の途中部位には、燃焼ガス（排気ガス）を清浄化する排ガス処理装置等が備えられている。

吸気バルブ６は、吸気管４の一端（先端）を開閉する機械式開閉弁である。排気バルブ７は、排気管５の一端（先端）を開閉する機械式開閉弁である。これら吸気バルブ６及び排気バルブ７は、上記クランク軸に連結されたカムシャフト（図示略）を含む動弁機構によって駆動されており、カムシャフトの回転つまりクランク軸の回転に従って開閉する。上記動弁機構は、クランク軸の回転に対しバルブの開弁時期を変化させることのできる機構であり、吸気バルブ６に対する吸気バルブタイミング可変機構６ａ、また排気バルブ７に対する排気バルブタイミング可変機構７ａである。

主燃料噴射弁８は、吸気管４の途中部位に設けられた電磁弁（ニードル弁）であり、吸気管４内に所定量のガソリン（燃料）を噴射する。この主燃料噴射弁８の開閉動作は、エンジン制御装置Ａによって制御される。また、副燃料噴射弁９は、シリンダヘッド１ａに設けられた電磁弁（ニードル弁）であり、燃焼室Ｂ内に所定量のガソリン（燃料）を噴射する。この副燃料噴射弁９の開閉動作は、エンジン制御装置Ａによって制御される。なお、この副燃料噴射弁９は、本発明における第２の燃料噴射弁に相当する。

続いて、図２を参照してエンジン制御装置Ａの機能構成について説明する。このエンジン制御装置Ａは、図２に示すように、入力回路１０、ＣＰＵ１１、点火回路１２、燃料噴射弁駆動回路１３、バルブタイミング制御回路１４、ＲＯＭ１５及びＲＡＭ１６とを備えている。

入力回路１０は、エンジンＥの状態を示す各種状態信号をＣＰＵ１１が扱うことができる信号に変換するインタフェース回路である。上記状態信号は、エンジンＥの各部に設けられた各種センサ（図示略）のセンサ信号であり、例えばエンジンＥの回転状態を示すクランクパルスが含まれている。この入力回路１０は、このような状態信号の変換信号をＣＰＵ１１に出力する。

ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１５に記憶されたエンジン制御プログラム及び上記入力回路１０から入力される状態信号の変換信号に基づいて点火回路１２及び燃料噴射弁駆動回路１３を制御する演算装置である。すなわち、ＣＰＵ１１は、エンジン制御プログラム及び状態信号の変換信号に基づいて点火制御信号を生成して点火回路１２に出力する。また、ＣＰＵ１１は、燃料噴射弁制御信号を生成して燃料噴射弁駆動回路１３に出力する。さらに、このＣＰＵ１１は、バルブ制御信号を生成してバルブタイミング制御回路１４に出力する。

点火回路１２は、ＣＰＵ１１から入力される点火制御信号に基づいて点火プラグ３を駆動する。すなわち、点火回路１２は、点火制御信号に同期したプラグ駆動信号を生成して点火プラグ３に出力する。燃料噴射弁駆動回路１３は、ＣＰＵ１１から入力される燃料噴射弁制御信号に基づいて噴射弁駆動信号を生成して主燃料噴射弁８及び副燃料噴射弁９に出力する。バルブタイミング制御回路１４は、ＣＰＵ１１から入力されるバルブ制御信号に基づいてバルブタイミング制御信号を生成して吸気バルブタイミング可変機構６ａ及び排気バルブタイミング可変機構７ａに出力する。

ＲＯＭ１５は、上記エンジン制御プログラムや当該エンジン制御プログラムの実行に必要な各種制御データを記憶する不揮発性メモリである。このＲＯＭ１５は、ＣＰＵ１１から入力される読出要求に応じてエンジン制御プログラムや制御データをＣＰＵ１１に出力する。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１１がエンジン制御プログラムを実行する際の各種データを一時的に記憶する揮発性のワーキングメモリである。

次に、本実施形態に係るエンジン制御装置Ａ及びエンジンＥの動作について、上記図１及び図２に加え図３をも参照して詳しく説明する。

最初に、エンジンＥは、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程を１サイクルとして動作する。吸入行程は、ピストン２が下降することにより、吸気管４から燃焼室Ｂに燃料と燃焼用空気との混合気を取り込む行程である。この吸入行程では、吸気バルブ６が吸気ポートを開放し、排気バルブ７が排気ポートを閉鎖した状態とされる。圧縮行程は、ピストン２が上昇することによって、吸入行程で燃焼室Ｂに取り込まれた混合気を圧縮する行程である。この圧縮行程では、吸気バルブ６が吸気ポートを閉鎖し、排気バルブ７が排気ポートを閉鎖した状態とされる。

燃焼行程は、圧縮行程で圧縮された混合気に対して、エンジン制御装置Ａによる制御の下で点火プラグ３によって点火を行う行程である。この燃焼行程では、吸気バルブ６が吸気ポートを閉鎖し、排気バルブ７が排気ポートを閉鎖した状態とされる。燃焼行程で混合気に点火されると、燃焼ガスによりピストン２が押し下げられる。排気行程は、ピストン２が上昇することによって、燃焼行程で発生した燃焼ガスを排気ポートから燃焼室Ｂの外部に排出する行程である。この排気行程では、吸気バルブ６が吸気ポートを閉鎖し、排気バルブ７が排気ポートを閉鎖した状態とされる。

ここで、排気行程から次サイクル吸気行程に切り替わる際には、排気行程の最後にバルブオーバラップ期間が設けられる。このバルブオーバラップ期間は、図３に示すように、吸気バルブ６と排気バルブ７とが３６０°のクランク角近傍で共に開弁している期間である。すなわち、バルブオーバラップ期間では、吸気ポートと排気ポートとの両方が同時に開放されている。

この図３において、破線は、第一の運転状態である基準運転状態における吸気バルブ６及び排気バルブ７における弁体のリフト量つまり開閉動作を示している。基準運転状態における吸気バルブ６の開弁タイミング、閉弁タイミングおよび排気バルブ７の閉弁タイミングは、内部ＥＧＲが極力発生しないよう、また燃焼室Ｂから吸気管４内へのガスの逆流が極力発生しないよう設定されている。これに対して実線は、本実施形態における吸気バルブ６及び排気バルブ７における弁体のリフト量つまり開閉動作を示している。この図３に示すように、本実施形態では、吸気バルブ６と排気バルブ７とが共に開弁しているバルブオーバラップ期間を有するものの、当該バルブオーバラップ期間の時間幅が従来よろも大幅に短く設定されている。

すなわち、本実施形態に係るエンジン制御装置Ａは、排気バルブ７の閉弁タイミングをストイキ領域の運転状態に比べて早く設定し、かつ、吸気バルブ６の開弁タイミング及び閉弁タイミングをストイキ領域の運転状態に比べて遅く設定する。また、エンジン制御装置Ａは、図３に示すように、ピストン２が下死点を通過した後、吸気バルブ６が閉弁するまでの間に主燃料噴射弁８から吸気管４に燃料を噴射させる。

このような本実施形態によれば、排気バルブ７の閉弁が早くなることで燃焼室Ｂ内に残留した高温の燃焼ガスと、吸気行程で燃焼室Ｂ内に流入した低温の混合気とが混ざり合い、いわゆる内部ＥＧＲが行われる。また、本実施形態によれば、吸気バルブ６の閉弁時期が遅れることで、混ざり合い適温となったガスが吸気管４に逆流するのため吸気管４内に配置される燃料噴射弁８が過度な高温に曝されることなく吸気管４内の温度を燃料の気化を促進させるのに最適な温度とすることができる。さらに、本実施形態によれば、吸気工程が始まるまでに燃料の気化を促進する期間を長く設けることが可能となる。したがって、本実施形態によれば、燃料噴射弁８が過度な高温に曝されることなく着火前における燃料の気化促進を従来よりも向上させることができる。

また、本実施形態に係るエンジン制御装置Ａは、排気工程終了後に初めてピストン２が下死点を通過したのち上昇を始めてから吸気バルブ６の閉弁するまでの期間に少なくとも一度だけ主燃料噴射弁８からガソリン（燃料）を噴射させる。

このような本実施形態によれば、シリンダ１の内部から吸気管４の内部に逆流して主燃料噴射弁８に吹き付けるガスに対し、主燃料噴射弁８から燃料が吹き付けられることになるので、主燃料噴射弁８に直接到達するガスの勢いは弱められ、さらにガソリン（燃料）の気化によってガスの温度は低下するので、主燃料噴射弁８への熱の影響をさらに低減することができる。

さらに、本実施形態ではシリンダ１の内部に直接燃料を噴射する副燃料噴射弁９を備え、エンジン制御装置Ａは、排気工程終了後に初めてピストン２が下死点を通過したのち吸気バルブ６が閉弁してからピストン２が上死点に達するまでの間に副燃料噴射弁９にガソリン（燃料）を噴射させる。

内部ＥＧＲが行われている状態では、シリンダ内に導入された混合気と燃焼によって生成された燃焼ガスのうち排気行程で排出されなかった燃焼ガスとが混ざり合ったガスが圧縮行程で圧縮された後に点火される。ガスが正常に点火されて燃焼するためには導入された混合気中に含まれる燃焼用空気に見合うだけの必要燃料量が混合されている必要があり、本実施形態においては、この必要燃料量の少なくとも一部をピストン２が下死点を通過した後、吸気バルブ６が閉弁するまでの間に主燃料噴射弁８から吸気管４に燃料を噴射することによって供給している。

主燃料噴射弁８から噴射された燃料は吸気管４内において気化が促進された後に燃焼室Ｂ内に導入されるが、エンジンＥの始動直後などであって吸気管４内が冷えている状態などでは吸気管４内に逆流したガスが吸気管４内の温度を十分に上昇させることができず、主燃料噴射弁８から噴射された燃料の気化が十分にされない可能性がある。よってピストン２が下死点を通過した後、吸気バルブ６が閉弁するまでの間に主燃料噴射弁８から吸気管４に噴射できる燃料量は制限されるため必要燃料量を満たすことができなくなる。

例えば、シリンダ内に必要燃料量を供給するためには吸気行程の最中にも主燃料噴射弁８から燃料を噴射することが考えられるが、この場合燃焼室Ｂに導かれた燃料が気化することでガスが冷却されるため、吸気管４に逆流するガスも冷却されており、吸気管４内を暖めることには不向きになってしまう。

この点において、本実施形態によれば、副燃料噴射弁９は吸気管４にガスが逆流した後に燃焼室Ｂ内に燃料を噴射して必要燃料量を賄うので、吸気管４内に逆流するガスの温度が吸気管４内を暖めるのに必要な温度よりも低下することを防ぐことができる。さらに本実施形態によれば、副燃料噴射弁から噴射される燃料は、一般的に冷却が難しく高温となりがちなピストンに対して噴射されて気化が促進されるため、必要燃料量の全てが好適に気化促進される。

Ａ エンジン制御装置
Ｅ エンジン
１ シリンダ
１ａ シリンダヘッド
２ ピストン
３ 点火プラグ
４ 吸気管
５ 排気管
６ 吸気バルブ
６ａ 吸気バルブタイミング可変機構
７ 排気バルブ
７ａ 排気バルブタイミング可変機構
８ 主燃料噴射弁
９ 副燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁）
１０ 入力回路
１１ ＣＰＵ
１２ 点火回路
１３ 燃料噴射弁駆動回路
１４ バルブタイミング制御回路
１５ ＲＯＭ
１６ ＲＡＭ

Claims (3)

1. 給気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンのクランク角に基づいて内部ＥＧＲを実現するように吸気バルブ、排気バルブ及び前記燃料噴射弁を少なくとも制御するエンジン制御装置であって、
   前記給気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングを第1の運転状態である基準運転状態に比べて遅延させ、かつ、前記排気バルブの閉弁タイミングを前記基準運転状態に比べて早め、
   排気行程終了後に初めてピストンが下死点を通過したのち上昇を始めてから前記吸気バルブが閉弁し開弁するまでの期間において前記燃料噴射弁に燃料を噴射させることを特徴とするエンジン制御装置。
2. 排気行程終了後に初めて前記ピストンが下死点を通過したのち上昇を始めてから前記吸気バルブの閉弁するまでの期間に少なくとも一度だけ前記燃料噴射弁に燃料を噴射させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記エンジンは、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する第２の燃料噴射弁を備え、
   排気行程終了後に初めてピストンが下死点を通過したのち前記吸気バルブが閉弁してから前記ピストンが上死点に達するまでの間に第２の燃料噴射弁に燃料を噴射させることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン制御装置。
   

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